2.4.1 Contexte
Les travaux présentés ici constituent une première analyse dans les activités : i) évaluation des impacts de la géothermie profonde sur les communautés et l’évaluation des risques techniques et environnementaux (activité 4,2) et, ii) le traitements environnementaux des boues de forage, des eaux et des fluides caloporteurs en climat froid (activité 3,3). Le cadre réglementaire s’appliquant à ce mode de production a également été étudié. Il est à noter que les éléments présentés ici ont été complétés par la suite par une analyse faite par une équipe de l’INRS qui est présentée dans le chapitre 3.4.
2.4.2 Objectifs
L’objectif de ces activités était d’informer et préparer Hydro-Québec aux enjeux futurs liés à la production d’électricité géothermique par les actions suivantes :
- Réviser la législation actuelle dans la gestion des sites de forages.
- Faire la revue des données issues de l’exploration en vue de l’exploitation du gaz de schiste.
- Faire un premier survol des impacts socio-environnementaux de la géothermie profonde. Certaines activités dans ce volet avaient également pour but d’aider le Centre national en électrochimie et en technologies Environnementales (CNETE) à préciser sa contribution de recherche en fournissant les caractéristiques et les besoins de traitement des eaux produites. Voir l’Annexe A pour le détail du projet du CNETE.
2.4.3 Historique et équipe de travail
Ces activités ont été réalisées entre 2013 et 2015.
Équipe de travail : Jean Guérin (Société Conseil Jean A Guerin Inc.), Marc-André Richard (chercheur IREQ), Vasile Minea (chercheur IREQ et chargé du projet) et Claude Laflamme (chercheur IREQ)
Deux rapports à ce sujet ont été préparés au sujet de :
Guérin, J., M-A Richard, V Minea (2013) Géothemie profonde – étape 5, volume 3 de 3 : Aspects légaux et impacts socio-environnementaux, Hydro-Québec, Août 2013, rapport LTE-RT-2013- 0080, Août 2013, 89 pages
Laflamme, C. B., (2015) Géothermie profonde – Eaux de procédé, Hydro-Québec, rapport IREQ- 2015-0048, Avril 2015, 43 pages
2.4.4 Méthodologie
Les aspects légaux et impacts socio-environnementaux ont été identifiés par une revue de la littérature ainsi qu’en faisant appel à l’expertise de monsieur Jean Guérin (société Conseil Jean A. Guérin Inc.) qui a notamment répertorié les aspects communs avec l’exploration en vue de l’exploitation du gaz de schiste.
2.4.5 Résultats
Aspects légaux
Il n’y a actuellement au Québec aucune loi spécifique qui accorde à l’État des droits sur les ressources géothermiques et qui permettrait d’en gérer l’exploration et l’exploitation, comme cela se fait, par exemple en Colombie Britannique et dans plusieurs états américains. Le cas échéant, il faudrait s’en remettre aux lois sur les mines et les hydrocarbures. Au Québec, les ressources naturelles du sous-sol sont la propriété de l’État et les compagnies d’exploration doivent obtenir des droits exclusifs pour explorer et exploiter le pétrole et/ou le gaz naturel sur les territoires convoités. Avant de commencer les opérations d’exploration, les compagnies doivent s’entendre avec les propriétaires fonciers, privés ou public, et négocier avec ceux-ci des droits d’accès sur leurs terrains.
Impacts socio-environnementaux
Comme dans tout projet de production d’énergie, l’implantation de centrales de géothermie profonde doit tenir compte de plusieurs aspects environnementaux (géologie et sols, ressources en eaux, conflits d’usage, ressources biologiques, impacts visuels, bruits, etc.). Parmi ces aspects, deux axes sont plus sensibles : les ressources en eaux (la consommation d’eau lors des étapes du forage, de la stimulation hydraulique et d’opération de la centrale géothermique) et la séismicité induite par la fracturation hydraulique, qui a d’ailleurs bloqué des projets de démonstration en Suisse (Majer et al, 2012).
L’eau, la bentonite et la baryte sont les principaux ingrédients qui forment la boue. Outre ces ingrédients et les additifs, les contaminants naturels présents dans les formations géologiques tels que des hydrocarbures, des chlorures, de l’ammoniac, de l’uranium, des minéraux et des métaux lourds pourraient contaminer les boues et les résidus. La méthode de disposition de ces derniers devra être appropriée. Notons que, pour un même diamètre intérieur final (environ 20 cm), le volume foré, et donc de débris, serait de l’ordre de 600 m3 pour un puits géothermique de 4 km,
1000 m3 pour un puits de 5 km et 2000 m3 pour un puits de 6 km. Quoiqu’il soit difficile à prédire, le
volume total d’eau utilisée représenterait environ 5 fois le volume du puits foré soit 3 000 m3, 5 000 m3, et 10 000 m3 pour un forage de 4000, 5000 ou 6000 m, respectivement (Sullivan et al, 2010).
La quantité d’eau utilisée lors de l’étape de stimulation hydraulique, qui permet l’activation et la stimulation de failles existantes afin d’augmenter suffisamment la perméabilité du sol pour permettre le passage du fluide caloporteur (fluide géothermique) du puits d’injection au puits de production, serait de l’ordre de 50 000 m3 (Clark et al, 2011). Ces fluides pourront, en grande partie,
demeurer dans le réservoir après la stimulation.
Quoique le fluide géothermique tiré des puits lors de l’opération de la centrale soit entièrement réinjecté, il y a un risque qu’un apport en eau supplémentaire soit nécessaire pour contrer les pertes souterraines de fluide géothermique. Cet apport pourrait représenter environ de 2 à 4 % du débit de production (Clark et al, 2011). D’autre part, si le système de refroidissement de la centrale électrique est basé sur l’évaporation, il faudra ajouter une consommation d’eau significative. Au total, l’opération d’un système géothermique d’un MWel pourrait nécessiter jusqu’à environ
800 m3/jour (Richard et al, 2016b). Un refroidissement à l’air ou un refroidissement via la
valorisation des rejets thermiques de la centrale à d’autres fins (chauffage de bâtiments, de serres ou de piscicultures) permettent d’éviter/limiter cette consommation d’eau.
Somme toute, les quantités d’eau consommées dans un projet de géothermie profonde sont significatives mais ne sont pas d’une ampleur suffisante pour remettre en cause un projet dans un environnement où la ressource est généralement disponible comme c’est généralement le cas au Québec et dans l’est du Canada.
La stimulation/fracturation hydraulique effectuée pour la création du réservoir géothermique pourrait induire des microséismes, généralement à de magnitudes inférieures à 3 sur l’échelle de Richter, voire d’une magnitude inférieure à 1 pour la grande majorité des événements. Quoique le risque de dommages par des événements sismiques induits par la géothermie profonde soit faible, l’avancement des connaissances se poursuit et permettra de réduire ces risques encore davantage. Un protocole pour l’évaluation des risques associés à la séismicité induite associée à la géothermie stimulée (EGS) et l’implication de la communauté a d’ailleurs été publié par le U.S. Department of Energy (Majer, 2012).
2.4.6 Conclusion et recommandations
Microséismicité
Pour un projet de géothermie profonde stimulée, un protocole pour l’évaluation des risques associés à la séismicité induite devrait être mis en place avec la communauté pour bien identifier les risques potentiels et les mesures de contrôle (voir modèle de protocole dans Majer, 2012).
Proposition de l’approche de traitement des eaux
Même si les eaux de forage et le géofluide sont réintroduits dans le procédé géothermique, il peut s’avérer nécessaire de les traiter, au moins en partie :
Pour respecter les normes sur la qualité des eaux ultimes de forage et de fracturation à disposer à l’extérieur du site ;
Pour réduire la concentration des solutés du géofluide à un niveau suffisant dans le but d’éliminer le risque de dépôts dans les équipements durant l’opération de la centrale, en s’assurant que leur concentration ne dépasse jamais le point de solubilisation quelles que soient les conditions dans le circuit d’eau du procédé géothermique.
Deux types d’eaux à tester dans une collaboration avec le Centre national en électrochimie et en technologies Environnementales (CNETE) :
Eau de forage et de stimulation (sans distinction entre les deux) : dans une première approche, il a été recommandé d’utiliser une composition typique des eaux utilisées pour la fracturation hydraulique des puits de gaz de schiste (selon les données du Ground Water Protection Council GWPC)
Géofluide : à défaut d’avoir accès à des lots de géofluide prélevés dans les zones d’exploitation identifiées au Québec, il a été recommandé de travailler sur une eau synthétique dont la nature s’approche des aquifères salins profonds prélevés dans la couche de Potsdam.
Les traitements à évaluer sont : Filtration membranaire ;
Traitement physico-chimique (coagulation/floculation/polymérisation/contrôle de pH) ; Traitement électrochimique ;
Ou combinaison de ces techniques.
Au moment d’écrire ce rapport, le projet du CNETE sur ces aspects était en cours (voir annexe B pour détails).